数据网IPRAN含IPRAN基础组网和IPRAN高级知识.docx

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数据网IPRAN含IPRAN基础组网和IPRAN高级知识

数据网-IP-RAN（含IPRAN基础组网和IPRAN高级知识）

LT

数据网

—IPRAN知识

称IPRAN）。

中国电信选择了IP化的MPLSVPN路线，并确定了采用PW+三层VPN的技术策略。

中国电信的IPRAN网络主要承载CDMA的1x和DO业务，以及未来的LTE业务，同时承载基站动环监控和安防等附属业务。

待业务和网络成熟后，逐步承载L2、L3大客户业务。

1.2IPRAN的常见组网结构

IPRAN在本地网的组网上主要分为接入层和核心层两部分。

接入层由接入路由器（A设备）和汇聚路由器（B设备）组成，A设备通过GE链路成环状组网，连接到一对B设备上，B设备之间由一对光纤直连构成10GE保护链路。

（只有某些特殊情况下，可以采用A设备双上行到B设备的组网结构）

核心层由汇聚路由器（B设备）和核心路由器ER、连接BSC设备的RANCE组成。

对城域网现有网络的状况以及无线业务的不同，主要有三种组网模式：

IPRAN通过RANCE和BSC对接，收容CDMA的1x和DO业务，通过ER、CN2网络和LTE核心网（以省为单位集中部署，一般设点在省会）连接，通过ER连接动环和安防平台。

1.3IPRAN使用的主要技术

中国电信的IPRAN采用PW+三层VPN的技术策略，主要采用了MPLS技术。

在接入层A和B设备间，采用OSPF协议作为IGP，启用MPLS并通过PWE3伪线仿真技术实现基站上各业务由A设备传输到B设备。

同时在A和B设备间配置BFDforPW进行快速故障检测，触发业务快速切换。

在核心层B设备和ER、RANCE间，采用ISIS作为IGP，启用MPLS并通过MPBGP构建L3MPLSVPN实现各业务由B设备到ER或RANCE的传输。

在B和ER、RANCE间采用了多种快速故障检测技术，触发业务快速切换。

此外在A设备的快速入网（即插即用）和基站入网功能上，还使用了DHCP技术。

A设备的即插即用功能实现方式如下：

新入网A设备发送DHCP请求报文，内容包括Option60、61等设备信息；B设备进行DHCPRelay，同时在报文中插入Option82属性，内容包括B设备名、接口名称以及VLAN等信息；网管系统担当DHCPServer功能，根据DHCP请求报文携带的设备信息对新入网A设备进行合法性认证，并为新进网A设备分配地址资源。

新入网基站接到A设备上时，也通过DHCP技术与DHCPSERVER（CDMA网为BSC设备，LTE网为基站网管或专用SERVER）通信，从SERVER处获取管理地址、业务地址和其他相关配置。

1.3.1DHCP协议基本原理

（一）DHCP的基本概念及其作用

DHCP（Dynamichostconfigureprotocol）动态主机配置协议，它的主要作用是：

动态配置IP地址的协议，整个配置过程自动实现，终端无需设置；所有配置信息统一管理，不仅能够分配IP地址，还可以配置其他信息（DNS服务器、缺省网关等）。

优点是：

提高网络配置效率，减少配置工作量，减少IP冲突的可能性。

DHCP采用客户端/服务器体系架构

ØDHCPserver：

集中存放配置信息，响应客户端的请求与之交互并完成主机配置信息的分配。

ØDHCPclient：

需要向服务器端发起请求来获取IP地址等信息完成网络参数的配置。

（二）DHCP的工作原理

⏹DHCPServer工作方式：

1.DHCPSERVER的行为完全由DHCPCLIENT来驱动，只需根据收到的DHCPCLIENT的各种请求报文，响应不同的DHCP响应报文即可。

2.DHCPSERVER还可实现地址池管理功能。

⏹DHCPClient工作方式

1.主动向DHCPServer请求IP地址等配置信息。

2.使用ipconfig/renew来发起获取IP地址的过程，

3.使用ipconfig/release来释放IP地址

⏹DHCPRelay

1.当DHCPClient和DHCPServer处于不同网段时，需要有DHCPRelay。

2.DHCPRelay负责转发DHCPClient的数据包给DHCPServer。

3.同时负责将DHCPServer的回应转发给DHCPClient。

⏹DHCP协议报文类型

1.DHCPDISCOVER，此报文是client开始DHCP过程的第一个报文

2.DHCPOFFER，此报文是server对DHCPDISCOVER报文的响应

3.DHCPREQUEST，此报文是client开始DHCP过程中对server的DHCPOFFER报文的回应，或者是client续延IP地址租期时发出的报文

4.DHCPACK，server对client的DHCPREQUEST报文的确认响应报文，client收到此报文后，才真正获得了IP地址和相关的配置信息。

5.DHCPDECLINE，当client发现server分配给它的IP地址无法使用，例如IP地址冲突时，将发出此报文，通知server拒绝使用此IP地址。

6.DHCPNAK，server对client的DHCPREQUEST报文的拒绝响应报文，client收到此报文后，一般会重新开始新的DHCP过程。

7.DHCPRELEASE，client主动释放server分配给它的IP地址的报文，当server收到此报文后，就可以回收这个IP地址，这个IP就能再分给其他的client。

1.3.2BGPMPLSVPN原理

（一）VPN的概念及作用

1、VPN——VirtualPrivateNetwork：

虚拟专用网络，它并不实际存在，而是利用现有网络构成的虚拟网络，以达到用户数据的安全传输。

2、VPN的作用：

1）专线的作用：

保证数据传输的安全

2）VPN的作用：

通过建立隧道在公共网络上仿真一条点到点的专线，从而达到数据的安全传输

Ø通过数据封装仿真一条点到点的连接

Ø通过数据加密增强安全性能

3）VPN与专线对比：

成本低，用户只需铺设本地专线而无需使用长途专线，还可通过internet访问内部网络，更加方便。

（二）VPN主要类型

VPN最关键的问题就是：

如何创建隧道。

按照VPN的隧道创建方式，VPN可以分为一下类型：

1、传统VPN

1）帧中继（二层）

2）ATM（二层）

2、基于客户端实施（CPE）VPN

1）L2TP（二层）

2）GRE（三层）

3、基于运营商实施VPN

1）基于MPLS的二层VPN

2）BGP/MPLSVPN

（三）MPLSVPN概述

1、MPLSVPN定义

MPLSVPN即在MPLS/IP公共网络上，利用MPLS技术创建隧道，实现二、三层VPN业务的技术。

MPLSVPN的好处：

1、对运营商而言

1）提供新的、差异化的服务

2）向企业网市场渗透实现业务增长

3）实现网络融合、提高带宽复用、提高扩容效率来降低运维成本。

2、对企业用户而言

1）通过公共网络组建私有网络加快网络的建设，降低网络建设的成本，

2）带宽扩展便利

3）简化网络运维的复杂性

2、MPLSVPN的体系结构

⏹运营商网络

ØP路由器：

运营商网络内部路由器

ØPE路由器：

接入用户

⏹用户网络

ØCE路由器：

接入运营商网络

（四）BGP/MPLSVPN的工作原理

1、VRF的作用

BGP/MPLSVPN实现目标——控制层面：

1）VPN的路由信息仅能由本VPN的设备学习而不能被P设备及其他VPN设备学习

2）PE设备上需保存各组VPN及公共网络的相关路由信息，但相互之间不能影响

⏹VRF的提出

VRF：

VPN路由转发实例（VPNRouting&Forwarding）

VRF作用：

隔离、识别不同的VPN

每个VRF存储的路由信息具有：

与此VRF有关的直连从CE站点接收到的路由；从其他PE路由器接收到的具有可接受的BGP属性的路由。

只有来自与VRF相关的站点的数据包才会被查询，VRF提供不同VPN间的隔离。

⏹如何识别VPN？

——本地识别

在PE上配置不同的VRF，将不同的接口指定到对应的VRF中。

配置举例：

3、如何识别VPN——跨公网识别

VRF中包含两种属性：

RD和RT。

RD：

路由标识符（RouteDistinguisher），用来解决用户地址复用问题

RT：

路由目标（route-target），用来识别不同VPN的路由信息

2、VPN-IPV4的地址结构

⏹地址复用——VPN-IPv4地址族

⏹VPN-IPv4地址族

Ø路由标识符（RD）+用户IPv4前缀

Ø路由标识符用来消除IPv4地址的歧义

Ø支持用户的私有IP地址空间

⏹VPN-IPV4地址通过MP-iBGP发布

Ø使用“BGP4多协议扩展”（RFC2283）

⏹VPN-IPV4地址只在控制层面被使用

⏹路由标识符有两种类型：

0和1

Ø类型0：

管理器区域=2字节，AN区域=4字节

◆管理器区域通常为服务提供商的AS号

◆AN区域为由服务提供商分配的一个数值

Ø类型1：

管理器区域=4字节，AN区域=2字节

◆管理器区域通常为服务提供商的IP地址

◆AN为有服务提供商分配的一个数值

例子：

20491:

21:

10.0.1.0/24或71.1.23.1:

33:

10.0.1.0/24

2、地址复用——VPN-IPv4地址族的使用

ØVPN-IPV4地址仅用于公共网络，CE并不接收

Ø入口PE在发送路由信息进入公共网络时，将ipv4路由格式变为vpn-ipv4格式

Ø出口PE在发送给CE路由信息时将vpn-ipv4地址变为ipv4地址发送

ØVPN-IPV4地址仅用于控制层面，即在BGP传递路由消息时使用，而数据报文转发时不会使用

3、VPN的路由策略

⏹VPN的识别——路由目标RT

作用：

RT为路由实例VRF配置输入输出的路由策略，指定PE路由器能够接收、发送哪些路由信息，通过这些路由策略定义VPN的连接性

实质：

RT实质上是BGP的扩展团体属性，用来标识每条路由信息的所属关系

格式：

AS号：

分配号或IP地址：

分配号

•importtarget：

用于输入策略，只有当输入路由信息属性与PE上VRF的importtarget属性相匹配才能学习保存

•exporttarget：

用于输出策略，PE发送路由信息时携带对应VRF的exporttarget属性，用来标识发送VPN

RD与RT的对比

4、BGP/MPLSVPN路由信息交换和数据报文转发过程

⏹内层标签的提供——MBGP

•PE间在传递路由信息时，MBGP针对每条VPN-IPV4路由信息分配对应的标签；

•当入口PE收到数据报文时，根据对应的VRF查找VPN-IPV4对应的内部标签，并根据下一跳地址找到对端PE对应的外部标签，封装发送。

⏹路由信息的交换过程

⏹CE与PE之间使用传统路由协议传递路由信息（OSPF、BGP、静态路由等）。

⏹IPv4地址被添加至适当的转发表

⏹PE路由器将IPv4地址转换成VPN-IPv4地址

⏹VPN-IPv4地址被安装至MP-BGP路由表中

⏹MBGP为路由分配内部标签

⏹在报文中根据export增加RT属性

⏹指定该路由信息的下一跳（通常为PE的Loopback地址）

⏹PE之间通过MPLS的标签分发协议LDP分发标签创建PE1到PE2的隧道

⏹对端PE2学习到相关信息并保存

⏹PE与CE之间使用传统路由协议传递路由信息（OSPF、BGP、静态路由等）

3、数据报文的转发过程

⏹CE3按照传统的路由检测将报文发送给PE2

⏹PE2收到报文后，根据接收接口的VRF属性查找路由，添加内层标签31，并根据下一跳地址封装外层标签76，发送给P

⏹P设备根据收到报文的外部标签进行查找转发，对内部标签不做任何处理

⏹PE1收到报文后按照内部标签进行查找，找到相应的VRF接口，去除标签发送报文。

1.3.3MPLSL2VPN原理

（一）VPWS

1、VPWS的作用及概念

VPWS：

虚拟专线服务（VirtualPrivateWireService），是点到点连接。

⏹VPWS的起源：

ØFR和ATM业务仍然是运营商的主要收入来源，而且需求在增长。

Ø采用MPLSL2VPN可以通过IP网络提供这些业务支持。

使得新兴的运营商，可以使用同一张IP网络，提供不同的业务，例如IP业务和传统的业务支持。

⏹虚拟专线服务VPWS：

⏹虚拟专线服务（VPWS）是一种点对点的MPLS的二层VPN解决方案

⏹可以支持的二层技术主要有：

帧中继、ATMAAL5CPCS模式、ATM透明信元模式、以太网、以太网VLAN、HDLC、PPP、SONET/SDH链路仿真服务。

⏹在两个PE路由器之间实现二层透传的两个端口必须是相同的类型

⏹VPWS的工作方式

⏹通过伪线PW，提供连接CE之间，与接入电路性质相同的点到点的连通性。

⏹通过LDP协议在PE之间创建公共通道（LSP）

⏹建立用户之间点到点的对应关系

⏹VPWS的VPN识别

⏹由远端节点地址和vc-id号构造全网唯一的PW标识。

⏹vc-id：

虚拟链路标志

⏹vc-id在本地节点必须是唯一的，远端节点对应接口需分配同样vc-id号

⏹VPWS的标签

⏹PE路由器之间要定义穿过MPLS网络的LSP隧道（外层标签）

⏹在两个PE路由器之间通过扩展的LDP协议用来传递虚拟链路的信息，分配虚拟链路标记（内层标签）

2、VPWS的工作原理

⏹内层标签的创建

⏹指定PE相关接口为二层透传端口，并分配相应的vc-id

⏹通过扩展的LDP协议建立session分配虚拟链路标记

⏹外层标签的创建

⏹PE和P设备间运行路由协议，并通过LDP分配标签创建LSP

⏹标签表的形成

⏹PE设备上形成L2标签表和全局标签表，P设备上形成全局标签表

⏹数据转发

⏹PE从二层透传端口收到报文匹配vc-id

⏹接收PE封装双层标签，内层标记为虚拟链路标记，外层标记为隧道标记

⏹发送PE按照内层标签转发到相应二层透传端口

（二）VPLS

1、VPLS的作用

VPLS：

虚拟LAN服务（VirtualPrivateLANService），是点到多点连接。

虚拟LAN服务VPLS的作用：

利用以太网和MPLS的组合，来满足运营商和用户的需求，使分散在不同地理位置上的用户网络可以相互通信。

VPWS仅提供点到点的连接，而VPLS提供点到多点的连接

2、VPLS的相关概念

⏹VPLS的工作方式

如上图所示：

⏹在PE间建立传输隧道LSP

⏹红用户和绿用户分布在两个独立的虚拟专用LAN

⏹在隧道LSP中建立点到点的2层VCLSP

⏹CE可以是交换机、路由器等

⏹任意的上层协议

⏹MPLS骨干网相当于一个高度可靠和灵活的LAN交换机

⏹VPLS的实施标准

VPLS的标准尚未确定，目前的主流流派有：

（1）Martini草案

•规范比较成熟，支持的厂家较多

•支持多协议

•一般仅适用于自治域内部

•一般要手工配置

（2）Kompella草案

•使用和MARTINI同样的封装

•可以自动配置

•可以用于自治域间

•仅支持IP协议

⏹VFI—区分VPN用户

虚拟转发实例VFI（VirtualforwardingInstance）：

在PE上创建一个VPLS实例，不同PE上相同vc-id的VPLS实例属于同一个VPLS域，可以相互通信。

图：

VFI示例

⏹VPLSPE路由器结构

PE路由器包含伪线管理和虚拟转发实例两部分：

伪线管理负责建立和维护到其他PE上同VPN的转发实例的伪线；VFI执行MAC学习、MAC交换。

⏹伪线的建立

⏹伪线PW的建立就是在两个PE之间交换识别VPLS域的MPLS内层标签，或称VC标签

⏹VC标签和组成LSP的MPLS外层标签共同组成PW

⏹Martini草案对LDP进行了扩展，增加了VCFEC的FEC类型（128型和129型）

⏹VPLS的环路问题——水平分割

PE上的虚拟转发实例相当于一个二层交换机，但不必像传统的L2交换机一样运行STP协议，因为在MPLSL2VPN中使用内在水平分割机制进行环路的保护。

3、VPLS的工作过程

⏹内层标签的创建

⏹在PE上设定VFI，同一VPLS域中VFI具有相同的vc-id

⏹指定PE相关接口为二层透传端口

⏹通过扩展的LDP建立session分配虚拟链路标记

⏹外层标签的创建

⏹PE和P设备间运行路由协议，并通过LDP分配标签创建LSP

⏹标签表的形成

⏹PE设备上形成L2标签表和全局标签表，P设备上形成全局标签表

⏹数据转发

⏹CE1要与CE2通信，发送ARP请求报文

⏹PE1收到报文后，学习源MAC地址aaa并记录到VFI地址表中

⏹PE按照报文的目的MACffff发送到所有VC

⏹发送报文时查找L2标签表和全局标签表封装报文

⏹P按照标签列表查找、转发，对报文做倒数第二跳弹出

⏹PE2学习源MAC地址并将相关信息记录在VFI地址表中

⏹PE2发送数据包给CE2

•CE2返回报文给CE1

•PE2学习报文的源MAC信息记录在VFI地址表中

⏹PE2按照目的MAC地址查找并转发报文

⏹P设备查找标签表转发报文

⏹PE1学习报文的源MAC信息，并记录在VFI地址表中

⏹PE1按照报文的目的MAC地址查找转发报文

第2章中国电信IPRAN技术规范

2.1中国电信移动承载网组网与策略规范

规范说明：

为满足移动业务大带宽、高品质和差异化的关键业务接入需求，集团公司在试点基础上，启动新一代移动网络建设。

为满足业务承接的需要，集团公司同步推进移动承载网建设和工程部署。

总体上，中国电信移动承载网依托CN2为核心骨干，在本地网构建移动承载网络。

本规范对中国电信移动综合承载网的业务承载方案（含移动业务和点到点二层通道类业务）、组网要求、VPN部署要求、QOS部署要求、网管系统部署要求、逻辑资源分配等方面进行了规定。

根据试点的情况和经验，集团公司会以本规范为基础，后续编制下发配套的配置规范。

名词解释：

⏹eNodeB：

EvolvedNodeB演进的NodeB

⏹MME：

MobilityManagementEntity移动性管理实体

⏹HSS：

HomesubscriberServer归属用户服务器

⏹SGW：

Serving-GateWay服务网关

⏹PGW：

PacketDataNetworkGateWay分组数据网网关

⏹LTE：

LongTermEvolution长期演进

⏹EPC：

EvolvedPacketCore演进的分组核心网

⏹PCRF：

PolicyandChargingRulesFunction策略和计费规则功能

⏹HSGW：

HRPDServingGateWay高速分组数据网络服务网关

⏹OCS：

OnlineChargingSysterm在线计费系统

⏹PI：

PDSNtoInternetPI网络

⏹AAA：

AuthenticationAuthorization,andAccounting,鉴权、授权、计费

⏹DNS：

DomainNameServer域名服务器

⏹NTP：

NetworkTimeProtocol时间同协议

⏹P-I网络：

PDSN-InternetPDSN与所有数据通信节点之间的网络，如PDSN与其他路由器之间的网络

⏹R-P网络：

Radio-PDSN介于无线网络（特指PCF）和PDSN之间的网络ER移动承载网的核心路由器，在不同的网络层级包括三类ER：

汇聚ER、城域ER、省级ER（省内汇聚各本地网流量的设备）

⏹A设备：

基站接入设备

⏹B设备：

基站接入设备的汇聚路由器

⏹MCE：

多业务承载CE，包括C网CE、EPCCE

⏹BSCCE：

指接入BSC/RNC的B设备

⏹RANCE：

专指阿朗用于基站回传的IPBH设备

2.1.1IPRAN业务承载需求

（一）1X/3G基站回传需求

IP化改造前，3G基站语音与数据业务均通过1～18个2M接入BSC；IP化改造后，基站语音与数据业务通过1～2个FE接入BSC。

1）具备IP化、以太化基站的接入能力，提供高可靠、大容量的基站回传流量的承载；

2）能够满足动力监控的承载需求。

（二）eNodeB回传需求

在LTE阶段，单基站/单载扇的无线数据峰值速率预计达到3G基站的10倍以上。

同时，除了传统的纵向（3G阶段的BSC到BTS，LTE阶段的MME/S-GW/P-GW）通信需求以外，还需满足eNodeB和EPC之间（S1-MME和S1-U接口），以及eNodeB之间（X2接口）的通信需求。

根据3GPP相关标准，E-UTRAN对承载网的需求如下：

⏹速率：

150M～200M

⏹单向时延：

S1<25ms;X2<20ms

⏹同步要求：

LTEFDD:

频率同步50ppb，时间同步4us（MBMSSFN场景）

LTETDD:

频率同步50ppb，时间同步3us

⏹通信需求：

点到点（S1接口），点到多点（X2,S1多归属）

S1接口：

eNodeB和EPC核心网之间的逻辑接口，主要承载用户业务流量，占空口总流量的90%以上；

X2接口：

eNodeB之间的接口，主要传送切换信息与流量，占空口流量的3%～5%。

（三）核心网承载需求

结合CDMA与LTE切换，LTE/EPC网络基本架构如下：

LTE中的EPC核心网络承载主要完成如下互通需求：

（四）二层点到点通道类业务承接需求

IPRAN网络除了承载自营的1X/DO/LTE等业务之外，还可以提供二层点到点通道（简称通道类业务），用于承载其他高价值业务，具体可分为但不局限于以下两类业务应用场景：

1）CN2三层VPN在城域内的落地；

2）省内或本地网二层点到点的通道类专线（采用独立A设备，不与基站接入A设备共用）。

2.1.2中国电信IPRAN组网原则

中国电信移动承载组网总体要求：

满足移动业务高品质大带宽承载需求，具备可持续带宽容量扩展能力、具备差异化QoS承载能力、满足移动业务的端到端可管理要求。

具体组网要求如下：

1）移动承载网具备承载1x/DO和LTE移动通信业务的能力，其建设遵循宽带化、扁平化的总体综合承载思路；

2）基于原有CDMA移动承载组网架构，推进网络架构持续优化，实现基站回传承载分组化改造；

3）高可用性组网原则，在单点故障场景下，城域内收敛控制300毫秒以内，本地网到省中心端到端收敛应控制在500毫秒以内，全国端到端收敛控制在1秒以内；

4）为有效利用无线资源，移动承载网QOS应实现与无线/空口QOS匹配，实现移动业务的差异化承载；

5）移动承载网组网架构应适用维护集约化的方向，满足集团级和省级两级维护架构，控制网络层级，通过逻辑